Zusammenfassung Eine gleichbleibend hohe Produktqualität determiniert maßgeblich die Akzeptanz beim Verbraucher und den Erhalt der Marktstellung. Dieses Ziel lässt sich nur realisieren, wenn eine Qualitätskontrolle der involvierten Prozesse und Rohmaterialien erfolgt. Vielfach existieren zur Qualitätsbeurteilung nur aufwendige analytische Methoden, die eine schnelle Kontrolle und ein unmittelbares Eingreifen verhindern. Mit dieser Arbeit sollen die Strukturbildung und -änderung im Verlauf verschiedener Prozesse in der Produktionstechnologie der Milchindustrie untersucht und Prüfprocedere entwickelt werden, die als Schnellmethoden ein kurzfristiges Bewerten der Rohstoffe und ein Eingreifen in den Produktionsprozess ermöglichen. Die labinduzierte Gerinnung wurde sowohl mit Rohmilch gesunder Kühe und Ziegen als auch mit Milch euterkranker Kühe durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war eine Analyse der biochemischen Veränderungen des Caseins und der Strukturierungsmechanismen. Der Untersuchungsschwerpunkt umfasst die zeitliche Abfolge und Kopplung zwischen biochemischen Reaktionen am Casein und den Strukturveränderungen von der Milch zum Labgel durch inline-online-Erfassung der Prozessviskosität. Die Kinetik der enzymatischen Reaktion am Beispiel der Freisetzung von Caseinmakropeptid und die resultierenden Strukturbildungsmechanismen wurden untersucht und modelliert. Es zeigt sich ein deutlich abweichendes Verhalten der Milch von euterkranken Kühen. Durch Kopplung der Strukturparameter mit den Ergebnissen der hydrophoben Interaktionschromatographie werden Veränderungen am Caseinprofil der Milch von euterkranken Kühen nachgewiesen. Daher sollte diese im Rahmen der Promotion entwickelte Analytik in eine Eingangskontrolle der Milch aufgenommen werden. Bezüglich der Optimierung der Käseproduktion bietet die rheologische Methode eine Möglichkeit den optimalen Schneidezeitpunkt nicht mehr visuell zu beurteilen, sondern objektiv anhand der Endviskosität zu bestimmen. Die Untersuchungen zur Labgerinnung von Ziegenmilch dienen der Überprüfung der Übertragbarkeit der rheologischen und spektrophotometrischen Methode. Es werden klare Unterschiede zum Gerinnungsverhalten von Kuhmilch vor allem bei der Gelausbildung gefunden. Üblicherweise wird bei dem Prozess der Säuregerinnung (Joghurtproduktion) die Trockensubstanz der Prozessmilch erhöht, was unter anderem durch Zugabe von Molkenproteinkonzentratpulvern geschehen kann. Aus der Industrie ist das Auftreten einer erheblichen Anzahl von Fehlfermentationen bekannt, die in einer mangelhaften Funktionalität der Pulver begründet sind. Thermisch denaturierte Molkenproteinpulver bilden Partikelgele aus, was sich wiederum als Störgröße auf den Technologieablauf und die Produktqualität (Synärese) auswirkt. Es besteht daher ein großes wirtschaftliches Interesse an einer Schnellmethode zur Bewertung der Pulverqualität. In der vorliegenden Arbeit wird die Laserdiffraktometrie als Verfahren zur Bewertung des Lösungsverhaltens gewählt und die Anwendbarkeit durch eine umfassende Methodenentwicklung und verschiedene Untersuchungen bestätigt. Als wichtige dritte Produktionstechnologie in der Milchindustrie wird die Sprühtrocknung am Beispiel der Herstellung von Quarkpulver betrachtet. Hierbei muss besonders beachtet werden, dass es sich um ein plastisches, nicht-NEWTON`sches System handelt. Die Produktionstechnologie wird im Folgenden untersucht, wobei kritisch angemerkt werden muss, dass anstatt der üblichen Zerstäubung für hochkonsistente Produkte über eine Scheibe eine Düse gewählt wurde, die ursprünglich zur Trocknung von Magermilchkonzentrat ausgelegt war. Zudem wurde der Einfluss von Scherenergie und Wärme auf die Destrukturierung vor Trocknung untersucht. ii Abstract The production of dairy products of a consistently high quality significantly determines consumer acceptance and will occupy a similarly important market position in the future. This objective can be realized if a quality control of the involved processes and raw materials is undertaken. In many cases, only elaborate analytical methods exist which represent a barrier to a rapid control and direct intervention. In this work the structure formation and structural changes in the course of various processes in dairy production technology should be examined and methods should be developed, which facilitate a rapid grading of the raw materials and intervention in the production process. Rennet-induced coagulation was investigated for raw bulk cow and goat milk as well as for milk from infected udder quarters of cows. Experiments were carried out to gain more scientifically-based information on biochemical changes of the casein and the mechanism of structuring during rennet-induced coagulation. The main focus of the research was the time-dependent coupling between the biochemical reaction of the casein and the structural change from the fluid milk to the rennet gel by inline-online detection of the process viscosity. The kinetics of the enzymatic reaction─the release of caseinmacropeptide─and the resulting structuring mechanisms were examined and modeled. A significantly different behavior of milk from infected udder quarters was detected. The structure parameter in combination with the hydrophobic interaction chromatography results proved an altered casein profile. It is imperative that the analytical method which was developed as part of this thesis be included in milk grading. Concerning an optimized cheese production, the rheological method offers the possibility to determine the optimal cutting time not only from a subjective but also from an objective position by calculated projection of the end viscosity after a definite time period. The investigations dealing with the rennet-induced coagulation of goat milk were done to verify the transferability of the rheological and spectrophotometric method. Significant differences were detected between the rennet-induced coagulation of cow and goat milk especially between the gel formation. Commonly, during the process of acid-induced coagulation (yoghurt production) dairy powders are used to increase the dry matter of the process milk which is often done by addition of whey protein concentrate powder. It was found that in the production flow a large share of defective fermentations might occur, which are related to defective functionality of the powders. Thermal denaturation of whey proteins leads to the development of particle gels which act as a disturbance variable during the production process and for the product quality (syneresis). As a result, the development of a rapid method for the assessment of the powder quality is of great economic interest. The principle of laser diffraction was chosen in the present work for the assessment of the rehydration behavior and the applicability of this method has been confirmed by an extensive method development and diverse experiments. The third important production technology in the dairy industry─spray drying─is viewed exemplarily for the production of quark powder. Attention should be paid to the fact that quark is a plastic, non-NEWTONIAN system. In the following, production technology systems are investigated. It has to be remarked here that atomization was done via nozzle instead of the commonly used wheel atomization for highly consistent products. The nozzle geometry typically was designed for the drying of skim milk concentrate. Additionally, the influence of shear energy and temperature on the structure deformation before drying was investigated. iii Acknowledgements This thesis is based on experimental work at the Chair of Food Rheology at the Technische Universität Berlin. First and foremost, I would like to thank Prof. Dr. sc. techn. B. Senge for giving the support, discussions, and guidance of the work. I would like to acknowledge Prof. Dr. habil. St. Drusch for taking his time to be a referee for my thesis and Prof. Dr. sc. techn. F. Thiemig for being the head of the graduation commission. A particular thanks to the team of Food Rheology Dr. R. Blochwitz, Dr. N. Hildebrandt, and Dipl.-Ing. H. Kastner and to the team of Food Quality and Material Science Dr. U. Einhorn-Stoll, Dipl.-Ing. K. Kern, and A. Kliegel. Thanks to my diploma students Tanja, Dani, Anne, Kati, and Stefan for your ideas, engagement, support, and activities. Thanks to J. Nissen from ZELMI for SEM and the team of Retsch Technology GmbH, especially A. Bauer and K. Düffels for the refractive index discussions. Thanks to Dr. B. Lieske for the help during method development and discussions at the beginning of my first working days. Special thanks to Dr. P. Bednorz for offering me motivation and constructive criticism throughout writing. I am grateful to D. Baerg for reviewing the English version of the thesis.

The last thank you goes to my family, my parents, grandparents, and friends for always supporting me! Thank you to André and Vincent—for taking my mind off the pressure of writing—and to the little boy waiting for sunlight which motivated me especially in the last weeks of writing.